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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Kreislaufanlage
für Wärmeträgerflüssigkeit,
die für
die Temperaturreglung von Räumen
mittels einer zentralisierten Wärmequelle und
insbesondere von Räumen,
die mehrere Zonen umfassen, wovon jede unabhängig temperaturgeregelt ist,
vorgesehen ist. Die Erfindung findet beispielsweise bei der Temperaturregelung
von Wohnungen oder Arbeitsstätten
mit mehreren Räumen, deren
Temperatur über
eine Solltemperatur geregelt werden kann, indem die Menge einer
zwischen einer Wärmequelle
und Wärmetauschern
(beispielsweise Heizkörpern),
die in den temperaturgeregelten Räumen installiert sind, umlaufenden
Wärmeträgerflüssigkeit
gesteuert wird, Anwendung.
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Es
ist hierbei klar, dass eine Wärmequelle dazu
dienen kann, entweder die Temperatur der Zonen zu erhöhen, wobei
sie ermöglicht,
Wärme zuzuführen, indem
sie als Heizung arbeitet, und/oder die Temperatur der Zonen abzusenken,
wobei sie ermöglicht,
Wärme zu
entziehen (d.h. Kälte
zu erzeugen), indem sie als Klimatisierung arbeitet.
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Es
gibt herkömmlich
Zentralheizungsmittel für
den Haushalt oder die Industrie, wobei einer der Räume, die
von dem Heizungsnetz abhängig
sind, einen einstellbaren Thermostaten aufweist. Der betreffende
Raum ist im Allgemeinen der wichtigste Raum, beispielsweise das
Wohnzimmer im Falle einer Wohnung. Der Thermostat ermöglicht,
gegebenenfalls in Abhängigkeit
von Zeitraumvorgaben, eine Solltemperatur für den Raum, von dem sie abhängt, festzusetzen.
Der Thermostat, dem ein Umgebungstemperaturmelder in dem Raum zugeordnet
ist, wirkt auf das Heizungssystem ein, um die Temperatur des Raumes
mit der Solltemperatur in Übereinstimmung zu
bringen.
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Dieser
Regelungstyp hat den Vorteil, einfach zu sein; er ermöglicht jedoch
nicht, auf zuverlässige oder
präzise
Art die Temperatur einer Gesamtheit von Räumen des Netzes sepa rat festzusetzen.
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Um
diesem Nachteil abzuhelfen werden bekanntermaßen thermostatische Ventile
benutzt, die entweder bei der Erstinstallation oder im Austausch für herkömmliche
Ventile in die Heizkörper
integriert werden. Diese thermostatischen Ventile weisen einen Knopf,
im Allgemeinen einen Drehknopf, mit Skalenmarkierungen auf, der
ermöglicht,
eine Solltemperatur festzulegen. Wenn die Raumtemperatur unter der
Solltemperatur ist, nimmt das Ventil eine geöffnete Stellung ein, die das
Strömen
von Wärmeträgerflüssigkeit
in den Heizkörper
oder in eine Gesamtheit von Heizkörpern, in dessen bzw. deren
Abzweigleitung es sich befindet, ermöglicht. Umgekehrt schließt das Ventil
selbsttätig,
wenn die Solltemperatur erreicht ist.
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Diese
Vorgehensweise, die auf einer voll und ganz örtlich festgelegten und mechanischen
Regelung basiert, ermöglicht
nicht, direkt in die Steuerung der Wärmequelle einzugreifen, um
beispielsweise Betriebs-/Pausen-Zyklen festzulegen. Außerdem umfassen
die herkömmlichen
thermostatischen Ventile keine Steuerung nach Zeitraumvorgaben,
um die Solltemperatur über
einen Zeitraum den jeweiligen Umständen anzupassen.
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Außerdem sind
Steuerungssysteme für
eine Klimaanlage bekannt, die eine Vielzahl von Wegen umfassen,
wovon jeder einer temperaturgeregelten Zone zugeordnet ist. Ein
Beispiel für
ein derartiges System ist in dem Dokument EP-A-559 600 beschrieben. Es umfasst thermostatische
Steuermittel, so genannte Slaves, um die Umgebungstemperatur zu messen
und Solltemperaturen für
ihre jeweiligen Zonen festzulegen, thermostatische Master-Steuermittel
und eine zentralisierte Steuereinheit, die auf der Grundlage der
von den thermostatischen Steuermitteln und den Master-Steuermitteln
empfangenen Signale die Luftmenge über die Luftzuführungswege steuert.
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Bei
einer derartigen Anlage besteht das Problem darin, dass eine einheitliche
Betriebsart für
die gesamte Anlage vorzusehen ist. In dem oben beschriebenen Dokument
wird diese Betriebsart dadurch verwirklicht, dass die zentralisierte
Steuereinheit die Luftmenge über
die Luftzuführungswege
auf der Grundlage nur der von den Master-Steuermitteln erhaltenen
Signale steuert.
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Man
hat sich bemüht,
den Komfort, zu dem eine solche Anlage verhilft, so zu verbessern,
dass er besser an die Wünsche
der Benutzer angepasst ist.
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Dazu
schafft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Kreislaufanlage
für Wärmeträgerflüssigkeit,
wie etwa jene, die oben erwähnt worden
ist, wobei sie jedoch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 aufgezählten
Mittel aufweist.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
oben erwähnten
sowie weitere Merkmale der Erfindung werden deutlicher beim Lesen
der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei sich
die Beschreibung auf die beigefügte Zeichnung
bezieht, worin
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1 ein Übersichtsschema
einer Steuervorrichtung für
eine Kreislaufanlage für
Wärmeträgerflüssigkeit
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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2 eine
Art Dreiviertelansicht ist, die in Gruppen geordnet die wichtigsten
Organe zeigt, die in dem in 1 dargestellten
System vorkommen.
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Die
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Kontext einer Kreislaufanlage
für Wärmeträgerflüssigkeit – im vorliegenden
Fall Wasser – beschrieben,
wobei die Anlage das Heizen sowie das Klimatisieren einer Räumlichkeit,
wie etwa einer Wohnung, die mehrere Räume P1–P4 aufweist, die unabhängig voneinander
durch jeweilige thermostatische Steuereinheiten 2a–2d gesteuert
werden, ermöglicht.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst das System vier thermostatische
Steuereinheiten 2a, 2b, 2c und 2d,
wovon jede in einem Raum P1 bis P4 angeordnet ist.
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Jede
oben genannte thermostatische Steuereinheit ermöglicht dem Benutzer die folgenden
Einstellungen:
- – die Auswahl einer Betriebsstufe
aus mehreren Stufen, wobei es in der vorliegenden Ausführungsform
beispielsweise vier davon gibt, nämlich die so genannte „Komfortstufe", die so genannte „Sparstufe", die so genannte „Einfrierschutzstufe" und die „Außerbetriebnahme",
- – wobei
für jede
Stufe, mit Ausnahme der Außerbetriebnahmestufe,
der Benutzer durch Programmieren eine Solltemperatur festlegen kann.
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Jede
thermostatische Steuereinheit 2a–2d ist mit einer
zentralen Steuereinheit 4 verbunden, die auf dem Umweg über eine
Gesamtheit von Magnetventilen 6a–6d den Strom der
Wärmeträgerflüssigkeit
zu jedem der geregelten Räume
P1–P4
steuert. Die Zentraleinheit 4 ordnet jeder thermostatischen Steuereinheit 2a–2d ein
jeweiliges Magnetventil 6a–6d zu, das den Strom
der Wärmeträgerflüssigkeit zu
dem entsprechenden Raum P1–P4 über einen spezifischen
Weg 8a–8d reguliert.
Die Wege 8a–8d sind
von einer Hauptleitung 10 abgehende Abzweigleitungen zu
den jeweiligen Räumen
P1–P4.
Diese Hauptleitung ist als geschlossener Kreis mit einer Heiz- und/oder
Kühleinrichtung 12 und
einer Wärmeträgerflüssigkeitsumwälzpumpe 14 installiert.
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Außerdem umfasst
die Vorrichtung einen ebenfalls mit der Zentraleinheit verbundenen
Master-Steuerblock 16, dessen Aufgabe es ist, dem System
eine Betriebsart zuzuweisen, wie noch näher erläutert wird.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Kommunikation zwischen der zentralen Steuereinheit 4 und
jeder der thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d einerseits
und dem Master-Steuerblock 16 andererseits über den
Funkweg verwirklicht. Zu diesem Zweck ist jedes der vorerwähnten Organe
mit Sender-/Empfänger-Mitteln
ausgerüstet,
die mit den jeweiligen Antennen 18 verbunden sind, die
eine drahtlose Kommunikation ermöglichen.
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Wie 2 deutlicher
zeigt, treten die thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d (wovon
eine einzige gezeigt ist) in Form von Kästen auf, die in Reichweite
angeordnet werden können.
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Jeder
Steuerkasten 2 umfasst:
- – ein Anzeigefeld 21,
das ermöglicht,
die verschiedenen Parameter, die gesteuert werden, und die derzeit
gültige
Programmierung sichtbar zu machen,
- – ein
Paar Knöpfe 22a und 22b,
die ermöglichen, die
Parameterwerte, beispielsweise die Solltemperaturen für jede der
vorerwähnten
Regelungsstufen stufenweise zu erhöhen bzw. zu verringern;
- – einen
Funktionsauswahlknopf 24 und
- – ein
Rädchen 26,
das u.a. die Auswahl der Regelungsstufen („Komfort", „Sparen", „Einfrierschutz" und „Außerbetriebnahme") ermöglicht.
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Der
Master-Steuerblock 16, ebenfalls in Form eines Steuerkastens,
ist üblicherweise
entweder in dem wichtigsten Raum untergebracht, in dem sich eine
thermostatische Steuereinrichtung 2 befindet, oder außerhalb
der geregelten Räume,
beispielsweise in einer Diele oder in einem Flur der Wohnung.
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Er
weist ein Rädchen 28 auf,
das nach der Art des Rädchens 24 der
Kästen
der thermostatischen Steuereinheiten 2a bis 2d die
Auswahl der Regelungsstufe ermöglicht.
Dieses Rädchen 28 ermöglicht außerdem die
Auswahl einer so genannten „Automatikbetriebsart", in welcher der
Master-Steuerblock 16 die Steuerung an die verschiedenen
thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d übergibt.
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In
den dargestellten Beispielen integrieren die Kästen der thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d und
des Master-Steuerblocks 16 innerhalb des Steuerkastens
die Antennen 18 und ihre eigene Betriebsstromversorgung,
beispielsweise in Form einer aufladbaren Batterie, um sie netzunabhängig zu machen.
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Die
zentrale Steuereinheit 4 befindet sich in einem technischen
Raum in der Nähe
der Magnetventile 6a–6d.
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Die
in 2 gezeigte Anlage weist außerdem einen Schaltkasten 20 auf,
der insbesondere die zentrale Steuereinheit 4 mit jedem
der Magnetventile 6a–6d verbindet.
Dieser Kasten stellt u.a. die Versorgung und die Steuerung der Magnetventile
in Abhängigkeit
von verschiedenen, von der zentralen Steuereinheit 4 gesendeten
Befehlen sicher.
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Es
werden nun die verschiedenen Arbeitsweisen der Steuervorrichtung
beschrieben.
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Jede
thermostatische Steuereinheit 2a–2d ist mit ihren
eigenen Temperatursollwerten für
jede Regelungsstufe programmiert, wobei diese Werte für eine betrachtete
Stufe voneinander verschieden sein können. Beispielsweise wird eine
Steuereinheit, die sich in einem Schlafzimmer befindet, eine Solltemperatur
von nur 17 °C
für die
Komfortstufe und eine Temperatur von 14 °C für die Spar-Regelungsstufe haben
können,
während
eine Steuereinheit, die sich in einem Wohnzimmer befindet, Solltemperaturen von
20 °C bzw.
18 °C haben
können
wird.
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Außerdem enthält jede
thermostatische Steuereinheit 2a–2d Mittel zur Zeitprogrammierung der
gewünschten
Regelungsstufe. Diese Funktionalität ermöglicht dem Benutzer, sie zu
ausgewählten Zeitpunkten
am Tage oder in der Nacht von einer Regelungsstufe zu einer anderen
wechseln zu lassen. Beispielsweise kann eine thermostatische Steuereinheit 2a–2d dafür programmiert
sein, dass sie für
einen Zeitabschnitt des Tages, während
dem eine Anwesenheit in dem Raum sehr wahrscheinlich ist, in die „Komfort"-Betriebsart versetzt
wird (wobei dem Thermostat die für
diese Betriebsart programmierte Solltemperatur zugewiesen wird)
und während
der anderen Zeitabschnitte des Tages oder der Nacht in der "Spar"-Betriebsart ist.
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Die
für diese
Funktion erforderliche Zeitgebung kann durch einen in jede thermostatische
Steuereinheit integrierten Zeitgeber oder durch ein zentralisiertes
System, das sich beispielsweise innerhalb der zentralen Steuereinheit 4 befindet,
verwirklicht sein.
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Jede
thermostatische Steuereinheit 2a–2d enthält außerdem einen
Messfühler,
der ermöglicht, jederzeit
die Raumtemperatur des Raumes P1–P4, in dem er sich befindet,
zu bestimmen.
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Mit
der auf diese Weise verwirklichten Parametrisierung werden die Benutzer
für jeden
Raum die gewünschte
Betriebsstufe wählen
können,
indem sie diese einfach an dem Rädchen 26 auswählen oder indem
sie die Zeitgebung wirken lassen, welche die Regelungsstufe jederzeit
festlegt.
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Wenn
der Master-Steuerblock 16 mittels des Rädchens 28 in die „Automatik"-Betriebsart versetzt worden
ist, lässt
er jede der thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d ihrem
programmierten Parametrisierungszustand entsprechend arbeiten.
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Anders
ausgedrückt:
Der Master-Steuerblock 16 beendet seine aktive Rolle beim
Betrieb des Systems, wenn es in die "Automatik"-Betriebsart versetzt wird.
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Auf
diese Weise wird jeder Raum unabhängig von den anderen Räumen in
eine vorgegebene Betriebsart („Komfort", „Sparen" oder „Einfrierschutz") versetzt werden
können,
wobei die entsprechenden Betriebsarten über die jeweiligen Rädchen 26 der
thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d oder gemäß dem Ablauf
der programmierten Zeitsteuerung ausgewählt werden.
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Beispielsweise
ist es möglich,
Räume wie beispielsweise
belegte Schlafzimmer auf die „Spar"-Regelungsstufe zu
setzen, ein Wohnzimmer auf die „Komfort"-Regelungsstufe zu setzen und einen
gewöhnlich
unbenutzten Raum in der „Einfrierschutz"-Betriebsart zu halten.
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Wenn
jedoch der Master-Steuerblock 16 aus der „Automatik"-Betriebsart genommen wird, gelangt er,
je nach Stellung des Rädchens 28,
auf eine der vier vorerwähnten
Regelungsstufen: „Komfort", „Sparen", „Einfrierschutz" und „Außerbetriebnahme". In diesem Fall
ist die Regelungsstufe für
jede temperaturgeregelte Zone durch die über den Master-Steuerblock 16 ausgewählte Betriebsart
bestimmt, und zwar unabhängig
von der Regelungsstufe, in der sich die thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d befinden
oder in die sie versetzt werden.
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Anders
ausgedrückt:
Wenn der Master-Steuerblock 16 außerhalb seiner „Automatik"-Betriebsart ist,
wird die Auswahl einer Regelungsstufe in den thermostatischen Steuereinheiten
unwirksam; es zählt
nur die Regelungsstufenauswahl in dem Master-Steuerblock 16.
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So
wird, um auf das vorhergehende Beispiel zurückzukommen, bei dem sich verschiedene
Räume P1–P4 gemäß den über die
jeweiligen thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d verwirk lichten
Auswahlen auf verschiedenen Reglungsstufen befanden, die Positionierung
des Rädchens 28 auf
die „Spar"-Betriebsart de facto
diese Betriebsart allen gesteuerten Räumen P1–P4 zuweisen. Dies wird auch
für alle
anderen möglichen
Regelungsstufen gelten, die mittels des Master-Steuerblocks 16 ausgewählt sein
können: „Komfort", „Einfrierschutz" und „Außerbetriebnahme", wobei diese letztere
Betriebsart alle thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d in den
Stilllegungszustand versetzt.
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Es
wird jedoch festgehalten, dass nur die Regelungsstufe durch den
Master-Steuerblock 16 zugewiesen wird, nicht jedoch die
Temperatur, die den Regelstufen zugeordnet ist. So ist es im Falle
einer "Sparstufe", die allen Räumen P1–P4 durch
die Auswahl dieser Stufe mit dem Rädchen 28 zugewiesen worden
ist, möglich,
dass verschiedene Räume P1–P4 in Abhängigkeit
von den Solltemperaturen, die in den jeweiligen thermostatischen
Steuereinheiten 2a–2d programmiert
sind, auf verschiedene Temperaturen geregelt werden.
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Es
wird nun beschrieben, wie diese Funktionalitäten gemäß der bevorzugten Ausführungsform erhalten
werden.
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Jede
der thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d, wovon es in dem
betrachteten Beispiel vier gibt, sendet periodisch drei Parameter über ihre
Antenne 18 an die zentrale Steuereinheit 4: i)
die Solltemperaturen, die jeder Regelungsstufe („Komfort", „Sparen" und „Einfrierschutz") zuzuordnen sind,
ii) die momentane Temperatur des Raumes und iii) die momentane Regelungsstufe.
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Die
zentrale Steuereinheit 4 empfängt diese Daten und steuert
als Reaktion die Magnetventile 6a–6d, um die Temperatur
des Raumes, wie sie durch den vorerwähnten Messfühler erfasst wird, mit der
Solltemperatur der betrachteten aktuellen Stufe in Übereinstimmung
zu bringen.
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Hierfür benutzen
jeder der jeweils in die thermostatischen Steuereinheiten 2a–2d integrierten Sender
und der Empfänger
auf der Ebene der zentralen Steuereinheit 4 ein Funkverbindungsprotokoll. Die
Sender sind für
eine zyklische Sendebetriebsart mit festgelegter Periode programmiert,
die in dem betrachteten Beispiel beispielsweise gleich 9 Minuten für das Senden
der Temperatur und etwa 30 Minuten für das Senden der Solltemperaturen
und der Regelungsstufe ist. Diese Informationen werden außerdem systematisch
bei jeder von einem Benutzer programmierten Zustandsänderung
(beispielsweise bei einer Änderung
der Regelungsstufe) in der thermostatischen Steuereinheit 2a–2d gesendet.
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Genauso
sendet der Master-Steuerblock 16 seine eigenen Programmdaten
und insbesondere die über
das Rädchen 28 ausgewählte Betriebsart
in regelmäßigem Abstand
an die zentrale Steuereinheit 4.
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Als
Reaktion auf diese übermittelten
Informationen berechnet die zentrale Steuereinheit 4 die vier
Regelungen für
die jeweiligen Wege 8a–8d des Wärmeträgerflüssigkeitsstroms.
Die Zeitgeber der Regelungen sind synchron, d.h. dass sich das Öffnen aller
Magnetventile 6a–6d gleichzeitig
vollzieht.
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Die
in der Nähe
installierte zentrale Steuereinheit 4 ermöglicht folglich,
den Steuerungszustand der vier Wege 8a–8d durch einen Betrieb/Pause-Anzeiger 30 (2)
zu verifizieren und unter Verwendung einer üblichen Konfigurationsprozedur
(Konfigurationsbetriebsart und Testbetriebsart) einen Sender für einen
Weg zu konfigurieren.
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Es
wird hervorgehoben, dass ein Sender einer thermostatischen Steuereinheit 2a–2d nur
für einen
eindeutig bestimmten Funkweg konfiguriert werden kann.
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Die
zentrale Steuereinheit 4 ist über eine Drahtverbindung 32 mit
dem Schaltkasten 20 verbunden, der nahe der mit den verschiedenen
Magnetventilen 6a–6d versehenen
Sammelleitung installiert ist. Der Schaltkasten 20 stellt
u.a. die Ansteuerung der Magnetventile 6a–6d durch
eine Spannung von 230 V oder von 24 V, je nach verwendetem Modell,
sicher.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform kann
die Wärmeträgerflüssigkeitsanlage
entweder zum Heizen oder zum Klimatisieren benutzt werden. Folglich
werden über
jeden Weg zwei Regelungen bewerkstelligt: eine Heizung und eine
Klimatisierung.
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Die
geltende Betriebsart der Anlage („warm" oder „kalt") wird über einem 230 Volt-Eingang
des Schaltkastens 20 angezeigt.
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Das
Heizwerk 12, 14 wird nur für die Regelung in der Betriebsart „warm" in Anspruch genommen.
Es ist immer dann in Betrieb, wenn wenigstens ein Magnetventil 6a–6d geöffnet ist.
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Schließlich ist
selbstverständlich,
dass die vorliegende Erfindung zahlreiche Varianten in Abhängigkeit
von den betrachteten Anlagen ermöglicht
und keineswegs auf die gegebenen Beispiele in der beschriebenen
Ausführungsform
beschränkt
ist. Außerdem
kann die Anzahl der Steuerungswege (und folglich der temperaturgeregelten
Räume)
je nach Bedarf unterschiedlich sein. Ebenso können die angeführten Parameter
an verschiedene Anwendungsfälle
angepasst sein.
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Außerdem kann
die vorliegende Erfindung in Heizungssystemen ohne Klimatisierungsmöglichkeit durch
einen Umlauf von gekühltem
Wasser verwirklicht werden.